Почему пространство имеет три измерения?

Рубрика: Новости

Свободная энергия Гельмгольца должна помочь ученым, которые пытаются объяснить существование пространственных и временных измерений. Речь Не идет о Perpetuum mobile, наоборот: основой исследований является строгий второй закон термодинамики, что «замораживает» измерения.

 

 

 

Большой взрыв во временной оси. Фото: NASA / GSFC.

 

 

Со времен Альберта Эйнштейна пространство-время физики считают совокупностью трех измерений пространства и четвертого – часового (3+1). Свойства этого временного измерения уже длительное время известны: односторонность, необратимость движения, в котором время протекает. Эти признаки можно обосновать вторым законом термодинамики.

 

Это — один из основных законов физики, по сути он предусматривает, что возможности работы теплового двигателя – ограничены, то есть вечный двигатель невозможен, потому что такой механизм требует постоянного охлаждения.

 

Причина этого эффекта в том, что энтропия, мера беспорядка в термодинамической системе, в замкнутом пространстве никогда не уменьшается. Энтропию можно считать мерой количества возможных состояний системы, следовательно и упрощенной единицей ее порядка. Но порядок сам по себе не возникает. Время течет в направлении увеличения хаоса.

 

Именно во втором законе термодинамики ученые во главе с Джулианом Гонзалезом-Аялой (Julian Gonzalez-Ayala) из испанского Университета Саламанки недавно пытались найти причину существования трех измерений Вселенной. Центральным пунктом их работы стала так называемая свободная энергия, известная также как энергия Гельмгольца.

 

Если наблюдать за Вселенной, заполненной светом, – гипотетически, так было незадолго после Большого взрыва, – плотность этой свободной энергии можно считать давлением, который влияет на общий космическое пространство. Эта энергетическая плотность зависит от температуры и количества пространственных измерений Вселенной. Согласно подсчетам ученых своего максимума она достигла уже через несколько секунд после Большого взрыва, то есть тогда, когда температура Вселенной была еще очень высокой. В этом состоянии он имел примерно три измерения.

 

Согласно второму закону термодинамики количество измерений может изменяться только за пределами этого температурного максиму, а Вселенная потом только расширялся и остывал, то есть количество пространственных измерений с момента достижения температурного пика имела бы остаться «замороженной».

 

«Цифру три как сумму пространственных измерений в результате оптимизации физических величин получили впервые», – цитируют Гонсалеса-Аялу на вебсайте phys.org. Со своими коллегами ученый стремится и дальше улучшать наработанную модель путем привлечения к ней квантовых эффектов.

 

 

 

Исследователи предполагают, что три пространственные измерения были «заморожены» на раннем этапе существования Вселенной (Слева). Плотность свободной энергии Гельмгольца (f) достигает своего максимального значения при температуре Т = 0,93, которая возникает в том случае, если пространство имеет три измерения: n = 3. S и U обозначают плотность энтропии и плотность внутренней энергии (Справа). Переход к различным измерений не может происходить при температуре ниже, чем 0,93, что соответствует трем измерениям. Credit: Gonzalez-Ayala et al. ©2016 EPL

 

 

Philipp Hummel

Warum hat der Raum genau drei Dimensionen?

Spektrum.de, 04/05/2016

Зреферувала Соломия Кривенко

Если Вам интересна эта запись, Вы можете следить за ее обсуждением, подписавшись на RSS 2.0 . Комментарии и пинг закрыты.